Last updated on 12 mar 2024

¿Para qué sirve un inversor CMOS?

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Un inversor CMOS es un componente básico de muchos sistemas digitales que utilizan semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS) Tecnología. Es un tipo de puerta lógica que convierte un alto voltaje de entrada en un bajo voltaje de salida, o viceversa. En este artículo, aprenderá sobre el propósito, la estructura y las características de un inversor CMOS.

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Presanna Govindaraj

1 Estructura de un inversor CMOS

Un inversor CMOS consta de dos transistores: un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico tipo p (PMOSFET) y un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico de tipo n (NMOSFET). El PMOSFET está conectado entre el voltaje de la fuente de alimentación (VDD) y el nodo de salida, mientras que el NMOSFET está conectado entre el nodo de salida y el voltaje de tierra (VSS). El voltaje de entrada (VIN) se aplica a las puertas de ambos transistores, como se muestra en la siguiente figura.

VDD
     |
     |
    PMOS
     |
     |---- VOUT
     |
    NMOS
     |
     |
    VSS
     |
    VIN

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Presanna Govindaraj
A CMOS inverter, or complementary metal-oxide-semiconductor inverter, serves as a fundamental building block in digital integrated circuits. Its primary purpose is to convert input signals into complementary output signals. This conversion is achieved by leveraging the unique properties of complementary transistors, one P-channel and one N-channel, to efficiently switch between logic states (high and low). CMOS inverters play a crucial role in logic gates, amplifiers, and memory circuits, facilitating signal processing and data manipulation in various electronic devices and systems. Additionally, they offer advantages such as low power consumption, high noise immunity, and compatibility with modern semiconductor manufacturing processes.

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2 Funcionamiento de un inversor CMOS

El funcionamiento de un inversor CMOS depende del nivel de la tensión de entrada. Cuando el VIN es bajo (cerca de VSS), el NMOSFET está encendido y el PMOSFET está apagado. Esto crea una ruta de baja resistencia entre VOUT y VSS, lo que hace que VOUT baje. Cuando el VIN es alto (cerca de VDD), el PMOSFET se enciende y el NMOSFET se apaga. Esto crea una ruta de baja resistencia entre VOUT y VDD, lo que eleva a VOUT. Por lo tanto, el voltaje de salida es siempre el inverso del voltaje de entrada.

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3 Características de un inversor CMOS

Un inversor CMOS ofrece varias ventajas para los sistemas digitales, como un bajo consumo de energía debido a que solo hay un transistor encendido a la vez, un alto margen de ruido ya que el voltaje de salida está cerca de VDD o VSS, una alta velocidad de conmutación debido a que el voltaje de salida cambia rápidamente cuando el voltaje de entrada cruza un cierto umbral y un alto abanico de salida, ya que el voltaje de salida puede impulsar múltiples entradas de otros inversores o puertas CMOS. Estas características deseables hacen que los inversores CMOS sean adecuados para sistemas digitales, lo que permite una mayor duración de la batería, un procesamiento y comunicación de datos más rápidos y un mejor rendimiento.

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4 Aplicaciones de un inversor CMOS

Un inversor CMOS se puede utilizar para diversas aplicaciones en sistemas digitales, como la inversión de señales para implementar lógica negativa o complementar un valor binario, el almacenamiento en búfer de señales para mejorar la calidad y confiabilidad de la señal, la oscilación para generar una señal periódica para la generación de temporización o frecuencia, y la síntesis lógica para formar funciones lógicas complejas. Además, se puede combinar con otros inversores o puertas CMOS para crear operaciones AND, OR, XOR, NAND, NOR, etc.

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Prof. Imed Saad Ben Dhaou

Full Professor in Embedded Systems at Dar Al-Hekma University and Adjunct Professor at the University of Turku
The inverter is employed to drive a substantial capacitance by cascading multiple inverters, with each succeeding inverter having a size K larger than its predecessor. Buffers based in properly scaled inverter can be used to design the clock network distribution.

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5 Desafíos de un inversor CMOS

Un inversor CMOS también tiene varios desafíos que deben abordarse, como la disipación de energía durante la conmutación, el retardo de propagación y la capacitancia parásita. Cuando cambia el voltaje de entrada, ambos transistores se encienden brevemente al mismo tiempo, creando una corriente de cortocircuito entre VDD y VSS que aumenta la disipación de potencia y la temperatura, lo que afecta el rendimiento y la confiabilidad. Además, el voltaje de salida no cambia instantáneamente cuando cambia el voltaje de entrada, sino que tarda algún tiempo en alcanzar su valor final, conocido como retardo de propagación. Esto puede limitar la frecuencia máxima de funcionamiento y la sincronización del sistema. Por último, los transistores y las interconexiones del circuito tienen cierta capacitancia inherente que puede afectar la velocidad de conmutación y el margen de ruido del sistema. Esto se puede reducir minimizando el tamaño y la longitud de los componentes y cables.

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6 Esto es lo que hay que tener en cuenta

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¿Para qué sirve un inversor CMOS?

1

2

3

4

5

6

1 Estructura de un inversor CMOS

2 Funcionamiento de un inversor CMOS

3 Características de un inversor CMOS

4 Aplicaciones de un inversor CMOS

5 Desafíos de un inversor CMOS

6 Esto es lo que hay que tener en cuenta

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